植物精油的研究與應用

張志旭，劉東波，2，賴錫湖，2，李 堅

（1．國家中醫藥管理局亞健康干預技術實驗室，湖南 長沙410128；2．湖南農業大學園藝園林學院，湖南 長沙410128）

1 引言

精油普遍存在于植物的各個部位，在植物的生長中扮演了重要的角色。根據來源用途，精油分為6大類，分別是香料精油、工業精油、食用精油、藥物精油、芳香精油、芳療精油。其中又以提煉芳療用的精油最為嚴謹，除了這些植物必須是有機植物（就是栽種期間不能添加農藥及殺蟲劑）外，而且提煉的精油還必須通過GC－MS測試，化學成分比例必須合乎標準值，才能歸類為芳療精油。所以有些植物聞起來雖然很香，若不符合標準值，充其量只是芳香植物，并不屬于芳療植物。我們所熟知的精油，簡單說就是從植物的葉子、花朵、種子、果實、根部、樹皮、樹脂、木材等以水蒸餾法、冷壓榨法、脂吸法和溶劑萃取法，提煉出來的，具調試芳香性及揮發性的物質［1］。

2 植物精油的概念及理化性質

植物精油是一類植物源次生代謝物質，分子量較小且可隨水蒸氣蒸出，具有一定揮發性。精油具備調節濕度和預防疾病的保護功能，并能保護植物免受細菌及其他病菌的侵害，花瓣中的精油還可以吸引對自己有益的昆蟲靠近，利用精油的這項特質，人們開始在生活中越來越多的應用精油以改善家居環境，預防疾病和保健身體。一般植物精油具有以下理化性質：常溫下易揮發，在紙片上不遺留永久的油跡；有特殊而強烈的氣味，常溫下多為液體；大多具有較高的折光率和一定的旋光度；一般比水輕，比重在0．85～1．065g／mL之間；易溶于石油醚等極性小的有機溶劑中，也能溶于高濃度乙醇中，幾乎不溶于水；對空氣、日光及溫度較敏感，易分解變質；有些植物精油在常溫下可析出固體成分（俗稱“腦”）［2～3］。

2．1 植物精油分類

按化學成分和含量多少可將植物精油分為4大類，即萜烯類衍生物，芳香族化合物，脂肪族化合物，含氮、含硫類化合物。

2．2 植物精油的分布

精油類化合物在植物界中分布廣泛，在植物科屬中含精油較為豐富的有松柏科、樟科、蕓香科、傘形科、唇形科、姜科、菊科、禾本科、毛茛科、百合科、夾竹桃科、石蒜科、薔薇科、胡椒科、杜鵑科、術犀科等植物。

精油在植物體內的分布隨種類不同而有所差異，有的全株中都含有，有的則在花、果、葉、根等部分器官中含量較多，如唐菖蒲、水楊梅鳶尾等屬植物精油集中分布在根部和塊莖內；松科、柏科、樟科則以莖中精油含量最高；香葉天竺葵、薄荷、香茅葉中含量高；八角茴香和芫荽以果實中含量最高；重瓣玫瑰、茉莉、白蘭、桂花、晚香玉的精油以花中含量最多。有的同一植物不同部位所含精油的成分也不同，如樟科桂屬植物的樹皮精油多含桂皮醛，葉中主要含丁香酚，而根和莖內木質部主要含樟腦。甚至有些植物采集時間不同，同一部位的精油成分也不完全一樣。

2．3 植物精油的功效作用

抗菌活性，精油大多有抑菌活性，有的種類具有很強的抑菌活性，如丁香油，對革蘭氏陰性菌、陽性菌都有很強的抑制作用。牛至油對真菌、細菌具有強的廣譜抗菌活性，肉桂和當歸的精油對血液中的炭疽桿菌具有致死作用；抗炎活性，如荊芥油對急慢性動物炎癥都有效果；解熱鎮痛：如細辛精油、柴胡精油；安神鎮定：如營蒲精油中的細辛腦具有鎮靜抗驚作用，山雞椒精油在治療冠心病，心絞痛等方面較好的療效；抗腫瘤活性：如獲術油及其欖香烯，對多種癌細胞具有抑制活性。其它如大蒜新素，野山藥，p一桉葉油醇，香茅油的菇烯類化合物等都有抗腫瘤作用；抗病毒活性：如萬壽菊葉精油，松針油有很好的抗甲型流感病毒的作用，木篙精油對疙疹病毒具有較好的效果，艾葉揮發油對呼吸道合胞病毒具有一定的抑制作用；驅蟲活性：如桉葉油對蚊蟲具有驅避作用；鎮靜作用：如擷草揮發油；抗氧化活性：如紫蘇油；抗過敏活性：如陳皮揮發油可以通過抑制過敏介質釋放的某個環節或是直接對抗過敏介質進行抑制而發揮抗過敏活性。此外，有的精油在藥理上還可以起到祛痰止咳、祛風健胃等作用。正是因為精油廣泛的功效，因而得到了越來越多的廣泛應用［4～7］。

3 植物精油的應用

隨著生物技術的迅速發展，國內外研究人員先后將純天然的植物提取液制成生物消毒劑，將其應用到消毒領域，多種具有良好殺菌效果、無刺激、無環境污染和毒副作用小的精油制品日益受到重視，在消毒方面展現出令人矚目的前景。研究表明精油主要是通過影響菌類的呼吸作用及胞膜功能起到抑菌消毒作用的。Mardin Bard等發現精油成分香葉醇可以干擾細胞膜的功能，提高K＋的細胞外滲透，還可以降低細胞膜脂質層的相變溫度、影響膜脂的流動性。Cox SD等對茶樹油的研究表明，導致微生物最終死亡的機理是破壞了細胞膜的通透屏障，并伴隨化學滲透控制作用的喪失，阻礙細菌細胞呼吸并增加了細胞質的透性，導致大腸桿菌的K＋大量滲漏。

但總的來說，由于植物精油是多種成分的混合物，因而對植物精油整體的藥理研究較少。普遍認為，植物精油主要作用于高等動物的神經系統，大部分植物精油在藥理中為多作用位點，植物精油由于含有很多結構相似、分子質量相同的化合物甚至是同分異構體，完全分離單體化合物相對較難。由于現代社會越來越精確化、定量化，有效單體化合物的低成本高效分離仍然是植物精油成分分離需要解決的問題，也為機理研究提供可靠材料，為精油及其有效單體化合物的廣泛應用提供依據。

3．1 植物精油在室內環境改善的應用

近年來，精油抑菌作用的研究更加深入，Nobuyuki Kurita分析了40種精油成分后發現精油中的醛類和醇類如檸檬醛、葵醛、香葉醇、香草醇、葵醇、芳樟醇具有很強的抑菌性，而烯類如檸檬烯、α－蒎烯、β－蒎烯、莰烯和β－石竹烯無抑菌性。Friendman等證明丁子香花油、月桂葉油等6種精油以及精油中的一些成分，如肉桂醛、紫蘇醛、丁子香酚、百里香酚、香荊芥酚對大腸桿菌、單核細胞增生李斯特菌、大腸沙門氏菌離體抑菌活性進行測定，發現均有強烈抑制作用。

國內的學者也通過研究發現桉樹、松樹、柏樹、樟樹等自然釋放的揮發物具有較強的殺菌能力，其它常見的植物揮發物如松脂、肉桂油、丁香酚等也能夠直接殺死細菌、真菌等微生物。謝慧玲等采用室內水插枝法研究了27種植物的分泌物的殺菌效果，結果表明：殺菌效果大于40%的占供試植物的66．67%，香芹酚、百里香酚和丁香酚等有較強抑菌作用，單萜醇的抑菌活性僅次于酚類化合物，醛類、醚類也均有抑菌活性。由于精油抑菌成分具有較強的揮發作用，大部分可擴散到空氣中，把飄浮在大氣中的病原菌殺死，從而起到殺菌、凈化空氣的作用，因而逐步開始用于制作空氣消毒劑［8］。

3．2 植物精油在防腐保鮮中的應用

植物精油由于其較強的抑菌活性和低毒、環境友好等特點，也開始被應用到農產品特別是直接食用的果蔬病蟲害防治和保鮮防腐上。研究人員使用百里香精油、肉桂精油、肉豆蔻精油、桉樹精油和鼠尾草精油等五種精油通過熏蒸的方法對櫻桃番茄、棗、葡萄、梨、蘋果、桃、金桔和柑桔等八種果蔬進行處理，表現了較好的抑菌效果。同時，植物精油單獨使用或是和其它防治手段結合使用時，對自然腐爛也具有較好的抑制作用，特別是百里香精油和肉桂精油對抑制果蔬采后病害和降低果蔬腐爛率有較強的作用，因此，利用植物精油進行果蔬采后病害的防治具有良好的開發前景，成為新的研究熱點［9］。

3．3 植物精油在其他方面的應用

天然植物精油最早是在日化產品中使用的，近年來除了利用植物精油的賦香功能之外，還充分利用各種天然提取物獨特的生物活性來提高產品的質量和開發多種保健功能。研究結果表明迷迭香和檸檬草的精油以及活體香氣，具有一定的抗抑郁作用；肉桂油具有驅蟲、防霉和殺菌的作用，能夠制成衣物、鞋襪和高檔日用品的驅蟲劑和防霉劑，廣泛使用的天然精油還有茶樹油、椰子油、澳洲堅果油、芒果脂、甘草提取物等。尤其是現在的美容行業中，更是出現了各式各樣的精油產品以及芳香療法。這些均是利用植物精油的活性，起到美容、護發、抗衰老等效果。

4 植物精油化學成分的研究

4．1 精油提取方法

精油提取技術發展至今，主要有水蒸氣蒸餾法、浸提法、壓榨法、吸收法、超臨界流體萃取法等，不同的方法有不同的特點。水蒸氣蒸餾法應用最為廣泛，設備簡單、容易操作、成本低，包括水中蒸餾、水上蒸餾、水汽蒸餾3種；超臨界流體萃取法（SFE）常采用CO2作溶劑，CO2無毒，無殘留，不污染產品；SFE在較低溫度下進行，適合于對熱不穩定物質的提取和分離，因此所得的產品能很好的保持其純天然特性，防止有效成分的破壞。但超臨界技術萃取中，有關流體相和固相間的分離因子的數據比較缺乏，而不同植物的結構造成精油在過程中的傳質機理各不相同，因此只有具有更廣泛和更可靠的精油組分溶解度數據才能精確分離各精油組分；浸提法又稱為揮發性有機溶劑萃取法，該方法常用于不適合用水蒸汽蒸餾法或精油含量低的芳香植物，提取的是浸膏，然后可用來制取凈油，或再經水蒸汽蒸餾法提取得精油；壓榨法一般主要用于柑桔類植物精油的提取。壓榨法的最大特點是生產過程可在室溫下進行［10～11］。

除了提取方法之外，植物的生長環境、生長季節、提取部位和前處理也會影響到最終提取精油的組成成分以及含量的變化。

4．2 分析鑒定

近年來大多數采用氣相色譜與質譜分析儀或與氣相色譜儀結合鑒定的方法對精油中各成分的分析鑒定。一般采用氣相色譜－質譜－數據系統聯用（GC／MS／DS）技術，根據萜類化合物及其衍生物質譜碎片規律進行解析，再與標準圖譜對照，并參考文獻數據加以確認。當質譜鑒定仍對一些化合物存在一定困難時，可結合氣相色譜儀的保留指數法鑒定或氣相色譜／傅里葉變換紅外光譜聯用（GC／MR）等加以鑒定［12］。

植物精油化學成分基本可分為4類基團。第1類是萜烯類化合物，是精油的主要成分，按其基本結構有可以分為3類：單萜衍生物，如熏衣草類、茵香醇類；倍半萜衍生物，如金合歡烯、廣蕾香酮等；二萜衍生物，如油杉醇等。第2類是芳香族化合物，在精油中僅次于萜烯類化合物，其中包括萜源衍生物，如百里草等。第3類是脂肪族化合物，如橘子、香茅等精油中的異戊醛。第4類是含硫含氮化合物，如大蒜素，洋蔥中的三硫化物，黑芥子中的異硫氰酸酷等。

4．3 化學成分分離

精油成分分離主要有冷凍法、化學法、柱層析分離法、分餾法及液相色譜法。冷凍法可用于得到結晶化合物純品，如從薄荷油中提取分離薄荷腦?；瘜W法可用于酚酸類組分、醛酮類組分、醇類組分的分離。柱層析分離法是20世紀80年代我國學者從羲術油中成功分離出具有自主知識產權的抗腫瘤活性成分欖香烯，采用的方法即硅膠柱層析分離法。

目前，很多學者在植物精油的提取方面做了不少工作，精油的提取研究將逐漸趨于成熟，為了增強提取效果，精油的提取工藝已經轉向各種提取技術的聯合使用，并向高效、高科技的方向邁進。但是，許多精油提取技術的新的研究成果僅局限于實驗室規模，難以向工業化轉化。精油提取技術的研究、開發以及工業生產中仍然存在著工藝能耗大、綜合利用率低、提取效率低、工業化成本高等一系列亟待解決的問題［13～14］。

5 結語

（1）由于植物精油是一類天然混合物，對其在很多方面的作用機理以及進一步的分子機理研究很少。因而在未能明確其作用機理的情況下，精油的深入應用，特別是在作為藥物應用時受到限制。

（2）植物精油由于含有很多結構相似、分子質量相同的化合物甚至是同分異構體，完全分離單體化合物相對較難。由于現代社會越來越精確化、定量化，有效單體化合物的低成本高效分離仍然是植物精油成分分離需要解決的問題，也為機理研究提供可靠材料，為精油及其有效單體化合物的廣泛應用提供依據。

（3）隨著植物精油的理化性質、生物活性、作用機理等方面有了越來越多的研究成果，植物精油產業化的發展不應僅僅局限于傳統的醫藥、食品、日用化學等某一領域或某一方向應用，而向多學科、多方向、多途徑開發的道路發展。

（4）利用植物精油還表現在高生物活性研究和環境保護方面。

（5）精油在用途廣泛的同時，是否有副作用，安全性范圍如何也是必需研究的方面。

（6）自然界的精油植物資源，其總體數量是很大的，種類也很多。但具有較高的經濟價值和實用價值的品種卻有限，往往因為產量少而難以利用。在適宜生長的山坡、丘陵進行人工引種，逐步建立人工栽培基地，穩定增加產量，是精油植物在開發利用時，保護和擴大資源的有效方法。

［1］Ernest guenther．Recent developments in essential oil production［J］．Economic Botany．2005，105（2）：355～378．

［2］C A Simo．Investigation of the essential oil from eight species of Baccharis belonging to sect．Caulopterae（Asteraceae，Astereae）：a taxonomic approach［J］．Pl Syst Evol，2005（253）：23～32．

［3］Padma S Vankar．Essential oils and fragrances from natural sources［J］．Resonance，2004（4）：30～41．

［4］王巨媛，翟 勝．植物精油應用進展及開發前景展望［J］．江蘇農業科學，2010（4）：1～3．

［5］竺錫武．植物精油的研究進展［J］．湖南農業科學，2009（8）：86～89，92．

［6］H M W Herath．Temperature effects on essential oil composition of citronella selections［J］．Economic Botany，1979，33（4）：425～430．

［7］Won Churl Lim．Stimulative and sedative effects of essential oils upon inhalation in mice［J］．Arch Pharm Res，2005，28（7）：770～774．

［8］趙 華，張金生，李麗華．植物精油提取技術的研究進展［J］．遼寧石油化工大學學報，2006，26（4）：137～140．

［9］李川山，陳 曄．植物精油提取工藝研究進展［J］．大眾科技，2010（9）：86～87．

［10］蘇曉云．壓榨法在精油提取中的應用［J］．價值工程，2010，29（1）：51～52．

［11］高海生，趙希艷．食用香料植物的開發利用研究［J］．食品科技2002，23（8）：55～59．

［12］李天祥，王靜康．超臨界流體萃取技術在天然物提取上的研究進展［J］．天津大學學報：自然科學與工程技術版，2002，35（4）：417～424．

［13］李 斌．超臨界CO2萃取和分子蒸餾技術對玫瑰精油提取的研究［D］．沈陽：沈陽農業大學，2006．

［14］湯澤萍．純天然中藥植物精油室內空氣消毒片試驗報告［J］．海軍醫學雜志，2005，26（4）：336～337．

［15］郭秀艷．臭柏、油松精油的提取與抑菌活性［D］．呼和浩特：內蒙古農業大學，2009．

［16］B Tisserat S，F Vaughn．Essential oils enhanced by ultra－high carbon dioxide levels from Lamiaceae species grown in vitro and in vivo［J］．Plant Cell Reports，2001（20）：361～368．